Меню Mathcad

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ПО РАБОТЕ В СРЕДЕ MATHCAD

Рассмотрим внешний вид программы и основные приемы управления.
Для запуска Mathcad нажмите кнопку "Пуск", откройте меню Программы, затем меню MathSoftApps и выберите пункт Mathcad 7. При этом откроется окно системы (рис. 1).

Рис.1. Окно программы Mathcad

1 заголовок окна;
2 главное меню программы;
3 панели инструментов;
4 рабочее поле, окно редактирования;
5 строка статуса.

МЕНЮ MATHCAD

Большинство вычислений в Mathcad можно выполнить тремя способами:

выбором операции в меню;

с помощью кнопочных панелей инструментов;

обращением к соответствующим функциям.

Основные операции, закрепленные за пунктами меню, дублируются соответствующими кнопками панелей инструментов. Например, для обращения к встроенной функции можно вставить функцию в рабочий документ, выбрав нужное имя из списка функций, можно ввести имя функции с клавиатуры или, для наиболее часто используемых функций, вставить имя функции щелчком по кнопке в панели инструментов. Таким образом, во всех трех случаях соблюдается один и тот же порядок действий:

выбор операции производится щелчком мыши по пункту меню или по кнопке в панели инструментов, после чего, если нужно, пользова-тель получает доступ к ниспадающему меню или к дополнительной панели;

когда операция выбрана, пользователь вводит необходимую инфор-мацию в окне диалога или заполняет помеченные поля в поле ввода, которое открывается непосредственно в рабочем документе.

Как уже упоминалось выше, вторая строка рабочего окна Math-cad строка меню (см. рис. 2).

Рис.2. Работы с главным меню

Рассмотрим содержание каждого пункта меню и опишем правила выполнения наиболее часто используемых операций.

Некоторые строки ниспадающих меню содержат знак , означаю-щий, что здесь доступны операции, список которых разворачивается, если приостановить курсор мыши на строке, помеченной значком . Полное описание меню можно найти во встроенном справочнике по работе с пакетом. Для того чтобы не повторять описания одних и тех же операций, в дальнейшем рядом с названиями некоторых пунктов меню изображены кнопки панели ин-струментов, дублирующие операции меню (если таковые присутствуют).

Рис. 3. Меню Файл

Меню File (Файл). Щелчком по слову File открывается меню операций с файлами (рис. 3). Пункты New (Новый), Open (Открыть), Close (Закрыть), Save (Со-хранить), Save As (Сохранить как) пред-назначены соответственно для выполнения операций открытия нового рабочего доку-мента, чтения с диска созданного ранее ра-бочего документа, закрытия текущего рабо-чего документа, сохранения рабочего доку-мента в файле на диске в текущей папке или сохранения в файле, имя и папка которого указываются при сохранении. Все эти операции выполняются стандартным для Win-dows способом: указанием имен и папок в окнах диалога.

Следующие два пункта содержат операции, доступные пользова-телям, компьютеры которых имеют выход в Internet: Collaboratory (Сотрудничество) присоединение через сервер MathSoft к Collabo-ratory, бесплатному Internet-форуму, обслуживающему всемирное со-общество пользователей Mathcad, Internet Setup установка связи с сервером MathSoft.

Пункты Page Setup (Параметры страницы), Print Preview (Предварительный просмотр), Print (Печать) содержат соответ-ственно операции подготовки, просмотра и печати рабочих докумен-тов Mathcad.

Следом в открывающемся меню File расположен список имен послед-них четырех документов Mathcad. Щелчком (левая кнопка мыши) по строке с именем можно вызвать на экран любой из этих документов. И последний пункт Exit (Выход), как и у всех Windows-приложений, завершает сеанс ра-боты с Matcad.

Рис. 4. Меню Редатирование

Меню Edit (Редактирование). Это меню (рис. 4) содержит стандартные для Windows-приложений операции редактирования рабочего документа: Undo (Отменить последнюю операцию), Redo (Отменить последнюю операцию Undo), Cut (Вырезать), Copy (Копировать), Paste (Вставить), Paste Special (Специальная вставка), Delete (Удалить), Select All (Выделить все), Find (Найти), Replace (Заменить). Go to Page (Перейти к странице), Check Spelling (Проверка орфографии), Links (Связы-вание), Объект (Для MathConnex и OLE).

Рис. 5. Меню Просмотр

Меню View (Просмотр). Это меню (рис. 5) содержит операции настройки ок-на Mathcad. Если строка меню Toolbar (Панель инструментов), Format Bar (Па-нель форматирования) или Math Palette (Панель математических инструментов) по-мечена символом O, то на экране размеща-ется соответствующая панель инструментов. Пункты Regions (Области), Zoom (Микро-скоп), Refresh (Перерисовывание) со-держат операции преобразования изображе-ния в рабочем документе. Animate (Ани-мация) и Playback (Воспроизвести, Про-играть) - операции построения и запуска анимаций.

Меню Insert (Вставить). В этом меню (рис. 6) пункт Graph (График) откры-вает доступ к семи операциям построения различных типов графиков, которые собраны в дополнительное меню графиков.

После щелчка по строке дополнительного меню (см. рис. 7) в рабочем документе открывается поле построения:

X-Y Plot. графика функции одной переменной в декартовых координатах;

Polar Plot графика функции одной переменной в полярных координатах;

Surface Plot графика функции двух переменных в декарто-вых координатах поверхности;

Contour Plot контурных линий (линий уровня функции двух переменных) в декартовых координатах;

3D Scatter Plot изображения точек в трехмерном простран-стве, заданных декартовыми координатами;

3D Bar Chart 3b трехмерной гистограммы;

Vector Field Plot векторного поля.

Рис. 6. Меню Вставка Рис. 7. Меню График;

Порядок действий при построении всех графиков одинаков. После щелчка мышью по строке меню в рабочем документе открывается поле построения графика с помеченными для ввода позициями, которые нужно заполнить для определения графика. Когда график определен (т.е. заполнены все помеченные позиции), для его построения нужно щелкнуть по строке Calculate (Вычислить) в меню Math, нажать на клавиатуре клавишу <F9> или щелкнуть в панели Toolbar по кнопке. При автоматическом режиме вычислений график будет построен после щелчка мышью вне поля графика.

Mathcad предоставляет пользователю разнообразные средства фор-матирования графика изменение толщины и цвета линии, вида осей координат, координатные сетки, текстовые комментарии и др. Для то-го чтобы изменить вид изображения, нужно щелкнуть дважды по полю графика и установить требуемые параметры в окнах настройки. На-учиться форматировать графики лучше всего экспериментально: по-стройте график, затем щелкните дважды по полю графика, определите параметр в окне настройки, щелкните по кнопке Применить и проана-лизируйте изменение на графике. Используйте кнопку контекстной подсказки Справка в окне настройки параметров. Правила ввода и форматирования графиков подробно описаны в соответствующих разделах встроенного справочника.

Щелчок по Matrix (Матрица) открывает в рабочем документе окно определения размерности матрицы (число строк, число столбцов). После тогокак размерность матрицы определена, в рабочем документе открывается поле ввода матрицы с помеченными позициями для ввода элементов.

Щелчок по Function (Функция) открывает окно диалога списка встроенных функций Mathcad. При этом для того чтобы вставить функцию в рабочий документ, нужно выбрать в окне с помощью стрелок прокрутки нужную функцию из списка* функций, щелкнуть по кнопке Insert и ввести в помеченных позициях аргументы (аргумент) функции.

Рис. 8. Окно выбора единиц измерения

Щелчок по Unit (Единица) открывает окно списка определен-ных в Mathcad единиц измерения (рис. 8). В окне System (Система) следует ввести используемую систему единиц (SI, CGS, US или MKS), в окне Dimension (Размерность) выбрать стрелками прокрутки соответствующую размерность, а в окне Unit (Единица) нужную единицу измерения. После щелчка по кнопке Insert соответствую-щее наименование будет вставлено в рабочий документ, а окно выбора единицы останется открытым; после щелчка по кнопке OK бу-дет вставлено наименование единицы измерения и окно закроется.

Пункт Picture (Рисунок) задает операцию вставки рисунка. Пункт Text Region (Область текста) используется для определения поля текстовых комментариев; щелчком по строке Math Region (Матема-тическая область) в текстовый комментарий вставляется поле ввода математических символов; щелчком по строке Page Break (Разрыв страницы) в рабочий документ вставляется признак конца страницы.

Операции Hiperlink, Reference, Component и Object предна-значены для создания достаточно сложных конструкций: Hiper-link содержит набор операций для создания гипертекстовых ссылок; Reference операция создания перекрестных ссылок для документов, Mathcad; Component и Object операции внедрения компонент и объектов из других приложений.

Рис. 9. Меню форматирования

Меню Format (Формат). Все операции этого меню (рис. 9) предназначены для опре-деления стиля и формы отображения выраже-ний, данных, результатов вычислений и графи-ков в рабочем документе определения цветов фона и надписей, размера и типа шрифта, вы-равнивания текстов в рабочем документе, раз-деления рабочего документа на области и др. При установке Mathcad по умолчанию выбран некоторый нейтральный стиль оформления. Если пользователь хочет разнообразить оформле-ние, он может ознакомиться с возможностями меню Format в справочнике, руководстве пользователя или "экспери-ментально". Ниже рассматриваются только пункты Number (Число) и Graph (График), которые часто используются при решении математических задач.

Рис. 10. Окно настройки отображения чисел

Пункт Number (Число) содержит операции определения форматов вывода числовых данных и результатов. Щелчок по Number открывает диалоговое окно ввода параметров (рис. 10).

В поле Radix (Основание системы счисления* помечается выбран-ная система счисления (на рис. 10 десятичная). В поле Precision (Точность) можно установить число знаков в различных формах ото-бражения чисел в указанных справа границах; в поле Imaginary (Мни-мая единица) можно выбрать символ для отображения мнимой единицы (i или j). В нижней части окна расположены поля, позволяющие опре-делить, применяются ли установки ко всему рабочему документу (Set as worksheet default) или только к текущей области ввода (Set for current region only).

Пункт Graph (График) содержит операции форматирования гра-фиков. Здесь, в зависимости от позиции курсора в рабочем документе и от определений, введенных в рабочий документ, открываются два различных дополнительных меню (рис. 11).

Рис. 11. Дополнительные меню настройки графиков

* В нижней части окна списка функций приведено краткое описание функции, имя которой помечено в окне списка.

* Decimal десятичная, Hex шестнадцатеричная, Octal восьмеричная.

Когда курсор установлен вне поля двумерного декартова графи-ка, открывается меню определения параметров графиков X-Y Plot, Polar Plot, 3D Plot плоского декартова, полярного или трехмер-ного. Щелчок по соответствующей строке открывает окно настройки параметров изображения (см. описание Graph в меню Insert). Если же курсор установлен в открытом для ввода поле двумерного декар-това графика, то дополнительное меню содержит строки X-Y Plot форматирование графика, Trace (Трассировка, След) определение координат точки на помеченной линии и Zoom (Микроскоп) увели-чение масштаба изображения помеченной области графика.

Рис. 12. Меню математики

Меню Math (Математика). Это меню (рис. 12.) содержит операции управления вычислениями.

После щелчка по Calculate (Вычислить) = вычисляются выражения, расположенные выше и левее курсора*.

После щелчка по Calculate Worksheet (Пересчитать рабочий документ) выполняются все вычисления и перерисовываются все графики, определенные в рабочем документе.Если строка Automatic Calculation (Вычислять автоматически) помечена символом O, то любое выражение вычи-сляется немедленно после окончания ввода, а график строится после щелчка вне поля графиков. Если же пометка отсутствует, то вычи-сления и построения производятся только после соответствующей ко-манды (щелчок по Calculate, например).Если строка Optimization (Оптимизация) помечена символом O, то включен режим оптимизации вычислений. Режим оптимизации это режим вычислений с включен-ным символьным процессором. В этом режиме сначала упрощаются все выражения, помещенные справа от знака присвоения:=, и только затем выражение обрабатывается числовым процессором. В против-ном случае числовой процессор обрабатывает выражение в исходном виде.

Щелчок по строке Options (Опции) открывает окно настройки ре-жима вычислений (рис. 13), в котором можно определить Tolerance (Допуск) допустимую погрешность численных алгоритмов, Array Origin (Начало массива) номер первого элемента массива, Preci-sion (Точность) - число значащих цифр при записи данных в файл, Column Width (Ширина столбца) ширину столбца, используемую при записи данных в файл, Seed value for random numbers На-чальное число для инициализации датчика случайных чисел) число, инициализирующее датчик случайных чисел, Unit System (Система единиц) систему единиц, Dimensions (Размерности) размер-ности физических единиц. Все подлежащие изменению параметры заносятся в соответствующие поля ввода в окнах диалога.

Рис. 13. Окна настройки параметров вычислений

Рис. 14. Меню символьных операций

Рис. 15. Меню режимов вычислений

Меню Symbolics (Символьные вычисления). Это меню (рис. 14) содержит операции символьной математики. Пункт Evaluate (Вычислять) содержит три операции (рис. 15): Symbolically (Символьно), Floating Point (С плавающей запятой), Com-plex (Комплексное).

После щелчка по одной из этих трех строк вычисляет-ся значение выделенного в ра-бочем документе выражения, причем вычисления произво-дятся соответственно символь-но, численно с плавающей за-пятой или с использованием арифметики комплексных чи-сел. Щелчком по строке Simplify (Упростить) символьному процессору передается выражение, вы-деленное в рабочем документе, а преобразованное выражение отобра-жается в рабочем документе ниже или справа от исходного выражения (см. описание опции Evaluation Style). Совершенно аналогично после щелчка по Expand (Развернуть) в выделенном выражении раскрыва-ются скобки, а после щелчка по Factor (Разложить на множители) выделенное выражение раскладывается на множители. В результате щелчка по Collect (Собрать) в выделенном выражении приводятся по-добные.

Рис. 16. Вычисление полиномиальных коэффициентов

Если выражение является многочленом относительно выделенного фрагмента, то после щелчка по строке Polynomial Coefficients (Ко-эффициенты полинома) в рабочий документ выводится вектор-столбец коэффициентов многочлена, записанных в порядке возрастания степе-ней выделенного выражения. На рис. 16 представлен результат такой операции, когда в исходном выражении выделено а.

Каждая из следующих трех строк (рис. 14) Variable (Пере-менная), Matrix (Матрица), Transform (Преобразование) объеди-няет группу символьных операций: символьные вычисления относи-тельно выделенной переменной, символьные вычисления с выделенной матрицей и интегральные преобразования соответственно.

Рис. 17. Меню операций математического анализа

В пункте Variable объединены операции математического анализа (рис. 17):

решение уравнений (Solve);

замена переменной;

подстановка (Substitute);

дифференцирование

(Differentiate);

интегрирование (Integrate);

разложение по формуле Тейлора (Expand to Series);

разложение дроби на простейшие дроби (Convert to Partial Fraction).

Если в рабочем документе в некотором выражении выделена пере-менная, то после щелчка по соответствующей строке меню в рабочем документе отображается результат выполнения операции относитель-но выделенной переменной.

Рис. 18. Меню символьных операций с матрицами

В пункте Matrix (рис. 18) объединены символьные вычисления с матрицами:

Transpose (Транспонирование);

Invert (Обращение) вычисление обратной матрицы;

Determinant (Определитель) вычисление определителя ква-дратной матрицы.

Операции этой группы выполняются только, если в рабочем доку-менте выделена матрица. Тогда после щелчка по строке меню в рабо-чем документе отображается результат выполнения соответствующей операции

Рис. 19. Меню интегральных операции

В пункте Transform объединены символьные вычисления прямых и обратных интегральных преобразований (рис. 19) Fourier и Inverse Fourier (преобразование Фурье), Laplace и Inverse Laplace (преобразование Лапласа), Z и Inverse Z (Z-преобразование) вычисление производящей функции.

Рис. 20. Параметры формата символьных результатов

Щелчком по строке меню Evaluation Style (Стиль выражения) от-крывается окно, в котором определяется формат вывода результатов символьных вычислений (рис. 20).

В поле Show evaluation steps (Показать результаты вычисле-ний) можно установить режим отображения результатов символьных вычислений в строке, расположенной непосредственно под исходные выражением (Vertically, inserting lines), прямо под исходным выра-жением (Vertically, without inserting lines) или справа от исходного выражения (Horizontally).

Меню Window (Окно). Это менв (рис. 21) позволяет устанавливать стиль расположения окон, содержащих различные рабочие документы Mathcad. Ок на можно расположить "каскадом", что бы они перекрывались, но при этом бы ли видны заголовки окон (Cascade), без перекрытия по горизонтали (Tile Horizontal) или по вертикали (Tile Vertical); можно также упорядочить ярлычки окон в панели задач (Arrange Icons). В нижней части меню расположен список всех окон, открытых в текущий момент. Щелчком по соответствующей строке можно вызвать на экран любое из окон.

* Или, как упоминалось выше, выполняются построения определенных ранее графиков.

Лабораторная работа 2